JP2000130270A - 内燃機関 - Google Patents
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- F02M26/23—Layout, e.g. schematics
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 煤及びNOxの排出を同時に阻止しつつ、小
容量の水冷式冷却装置であっても再循環排気ガスを所望
の温度まで冷却すると共に、安定した温度の再循環排気
ガスを燃焼室内に供給する。 【解決手段】 煤の発生量がピークとなるEGRガス量
よりも燃焼室5内に供給されるEGRガス量が多く煤が
ほとんど発生しない低温燃焼を実行可能であり、機関排
気通路と前記機関吸気通路とを連結するEGR通路29
内に空冷式EGRクーラ1032と水冷式EGRクーラ
32とを配置すると共に、EGR通路29内を流れるE
GRガスをまず空冷式EGRクーラ1032により冷却
し、次いで冷却水温が外気温よりも安定している水冷式
EGRクーラ32により冷却する。
容量の水冷式冷却装置であっても再循環排気ガスを所望
の温度まで冷却すると共に、安定した温度の再循環排気
ガスを燃焼室内に供給する。 【解決手段】 煤の発生量がピークとなるEGRガス量
よりも燃焼室5内に供給されるEGRガス量が多く煤が
ほとんど発生しない低温燃焼を実行可能であり、機関排
気通路と前記機関吸気通路とを連結するEGR通路29
内に空冷式EGRクーラ1032と水冷式EGRクーラ
32とを配置すると共に、EGR通路29内を流れるE
GRガスをまず空冷式EGRクーラ1032により冷却
し、次いで冷却水温が外気温よりも安定している水冷式
EGRクーラ32により冷却する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはNOxの発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOxの発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOxの発生量は低下することになる。
関においてはNOxの発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOxの発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOxの発生量は低下することになる。
【0003】このように従来よりEGR率を増大すれば
NOxの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
NOxの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
【0004】従って従来よりEGR率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
【0005】このように従来ではEGR率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
xおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOxおよびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOxおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
Oxおよびスモークが発生してしまうのが現状である。
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
xおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOxおよびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOxおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
Oxおよびスモークが発生してしまうのが現状である。
【0006】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる。即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
Oxの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる。即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
Oxの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
【0007】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
【0008】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな新たな燃焼システムについてはまだ開示されていな
い。そのため、既に開示されている従来の燃焼システム
では、上述した新たな燃焼システムに基づく新たな効果
を奏することができない。
うな新たな燃焼システムについてはまだ開示されていな
い。そのため、既に開示されている従来の燃焼システム
では、上述した新たな燃焼システムに基づく新たな効果
を奏することができない。
【0010】そこで、本発明は、内燃機関から煤(スモ
ーク)が排出されること及びNOxが排出されることを
同時に阻止しつつ、水冷式冷却装置の容量をあまり大き
くできない場合であっても再循環排気ガスを所望の温度
まで冷却することができ、更に、安定した温度の再循環
排気ガスを燃焼室内に供給することができる内燃機関を
提供することを目的とする。
ーク)が排出されること及びNOxが排出されることを
同時に阻止しつつ、水冷式冷却装置の容量をあまり大き
くできない場合であっても再循環排気ガスを所望の温度
まで冷却することができ、更に、安定した温度の再循環
排気ガスを燃焼室内に供給することができる内燃機関を
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路
内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、前記燃
焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼
室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大してい
くと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど
発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピーク
となる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給さ
れる再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない
燃焼を実行可能であり、機関排気通路と前記機関吸気通
路とを連結する排気ガス再循環通路内に空冷式冷却装置
と水冷式冷却装置とを配置すると共に、前記排気ガス再
循環排気通路内を流れる再循環排気ガスをまず前記空冷
式冷却装置により冷却し、次いで前記水冷式冷却装置に
より冷却するようにした内燃機関が提供される。
よれば、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路
内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、前記燃
焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼
室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大してい
くと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど
発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピーク
となる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給さ
れる再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない
燃焼を実行可能であり、機関排気通路と前記機関吸気通
路とを連結する排気ガス再循環通路内に空冷式冷却装置
と水冷式冷却装置とを配置すると共に、前記排気ガス再
循環排気通路内を流れる再循環排気ガスをまず前記空冷
式冷却装置により冷却し、次いで前記水冷式冷却装置に
より冷却するようにした内燃機関が提供される。
【0012】請求項1に記載の内燃機関では、煤の発生
量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内に
供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生
しない低温燃焼を実行可能であるため、煤及びNOxの
排出を同時に阻止することができる。更に、水冷式冷却
装置だけでなく空冷式冷却装置を排気ガス再循環通路内
に配置したため、水冷式冷却装置の容量をあまり大きく
できない場合であっても、再循環排気ガスを所望の温度
まで冷却することができ、それゆえ、低温燃焼を実行可
能な機関運転領域を拡大することができる。その上、再
循環排気ガスをまず空冷式冷却装置により冷却し、次い
で外気温の変動にかかわらず冷却水温が比較的安定して
いる水冷式冷却装置により冷却するため、安定した温度
の再循環排気ガスを燃焼室内に供給することができる。
量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内に
供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生
しない低温燃焼を実行可能であるため、煤及びNOxの
排出を同時に阻止することができる。更に、水冷式冷却
装置だけでなく空冷式冷却装置を排気ガス再循環通路内
に配置したため、水冷式冷却装置の容量をあまり大きく
できない場合であっても、再循環排気ガスを所望の温度
まで冷却することができ、それゆえ、低温燃焼を実行可
能な機関運転領域を拡大することができる。その上、再
循環排気ガスをまず空冷式冷却装置により冷却し、次い
で外気温の変動にかかわらず冷却水温が比較的安定して
いる水冷式冷却装置により冷却するため、安定した温度
の再循環排気ガスを燃焼室内に供給することができる。
【0013】請求項2に記載の発明によれば、排気ター
ビン過給機を具備し、前記機関吸気通路内の前記排気タ
ービン過給機のコンプレッサよりも上流側部分と前記水
冷式冷却装置とを連結したコンプレッサ上流側通路と、
前記機関吸気通路内の前記排気タービン過給機のコンプ
レッサよりも下流側部分と前記水冷式冷却装置とを連結
したコンプレッサ下流側通路とを具備し、前記機関吸気
通路と前記水冷式冷却装置とを連通させる通路が、要求
される再循環排気ガスの量に応じて前記コンプレッサ上
流側通路又は前記コンプレッサ下流側通路に切り換えら
れる請求項1に記載の内燃機関が提供される。
ビン過給機を具備し、前記機関吸気通路内の前記排気タ
ービン過給機のコンプレッサよりも上流側部分と前記水
冷式冷却装置とを連結したコンプレッサ上流側通路と、
前記機関吸気通路内の前記排気タービン過給機のコンプ
レッサよりも下流側部分と前記水冷式冷却装置とを連結
したコンプレッサ下流側通路とを具備し、前記機関吸気
通路と前記水冷式冷却装置とを連通させる通路が、要求
される再循環排気ガスの量に応じて前記コンプレッサ上
流側通路又は前記コンプレッサ下流側通路に切り換えら
れる請求項1に記載の内燃機関が提供される。
【0014】請求項3に記載の発明によれば、要求され
る再循環排気ガスの量が多い時、前記コンプレッサ上流
側通路を介して前記機関吸気通路と前記水冷式冷却装置
とが連通される請求項2に記載の内燃機関が提供され
る。
る再循環排気ガスの量が多い時、前記コンプレッサ上流
側通路を介して前記機関吸気通路と前記水冷式冷却装置
とが連通される請求項2に記載の内燃機関が提供され
る。
【0015】請求項2及び3に記載の内燃機関では、要
求再循環排気ガス量が多い時、機関吸気通路内の排気タ
ービン過給機のコンプレッサよりも上流側部分と水冷式
冷却装置とを連結したコンプレッサ上流側通路を介して
機関吸気通路と水冷式冷却装置とが連通されるため、機
関吸気通路内に導入された再循環排気ガスがコンプレッ
サにより加圧される。それゆえ、コンプレッサにより加
圧されない場合よりも多量の再循環排気ガスを燃焼室内
に供給することができる。
求再循環排気ガス量が多い時、機関吸気通路内の排気タ
ービン過給機のコンプレッサよりも上流側部分と水冷式
冷却装置とを連結したコンプレッサ上流側通路を介して
機関吸気通路と水冷式冷却装置とが連通されるため、機
関吸気通路内に導入された再循環排気ガスがコンプレッ
サにより加圧される。それゆえ、コンプレッサにより加
圧されない場合よりも多量の再循環排気ガスを燃焼室内
に供給することができる。
【0016】請求項4に記載の発明によれば、排気ター
ビン過給機と、前記燃焼室から排出された未燃炭化水素
を酸化するために前記機関排気通路内の前記排気タービ
ン過給機のタービンの下流側に配置された酸化機能を有
する触媒とを具備し、前記機関排気通路内の前記排気タ
ービン過給機のタービンよりも上流側部分と前記空冷式
冷却装置とを連結したタービン上流側通路と、前記機関
排気通路内の前記触媒よりも下流側部分と前記空冷式冷
却装置とを連結した触媒下流側通路とを具備し、前記機
関排気通路と前記空冷式冷却装置とを連通させる通路
が、要求される再循環排気ガスの量に応じて前記タービ
ン上流側通路又は前記触媒下流側通路に切り換えられる
請求項1に記載の内燃機関が提供される。
ビン過給機と、前記燃焼室から排出された未燃炭化水素
を酸化するために前記機関排気通路内の前記排気タービ
ン過給機のタービンの下流側に配置された酸化機能を有
する触媒とを具備し、前記機関排気通路内の前記排気タ
ービン過給機のタービンよりも上流側部分と前記空冷式
冷却装置とを連結したタービン上流側通路と、前記機関
排気通路内の前記触媒よりも下流側部分と前記空冷式冷
却装置とを連結した触媒下流側通路とを具備し、前記機
関排気通路と前記空冷式冷却装置とを連通させる通路
が、要求される再循環排気ガスの量に応じて前記タービ
ン上流側通路又は前記触媒下流側通路に切り換えられる
請求項1に記載の内燃機関が提供される。
【0017】請求項5に記載の発明によれば、要求され
る再循環排気ガスの量が多い時、前記触媒下流側通路を
介して前記機関排気通路と前記空冷式冷却装置とが連通
される請求項4に記載の内燃機関が提供される。
る再循環排気ガスの量が多い時、前記触媒下流側通路を
介して前記機関排気通路と前記空冷式冷却装置とが連通
される請求項4に記載の内燃機関が提供される。
【0018】請求項4及び5に記載の内燃機関では、要
求再循環排気ガス量が多い時、機関排気通路内の触媒よ
りも下流側部分と空冷式冷却装置とを連結した触媒下流
側通路を介して機関排気通路と空冷式冷却装置とが連通
される、つまり、触媒により浄化された再循環排気ガス
が排気ガス再循環通路内を通される。その結果、排気ガ
ス再循環通路内に多量のデポジットが付着してしまうの
を回避することができる。更に、請求項4及び5に記載
の内燃機関では、要求再循環排気ガス量が少ない時、つ
まり、排気ガス再循環通路内に多量のデポジットが付着
する心配がない時に、機関排気通路内の排気タービン過
給機のタービンよりも上流側部分、即ち、前記下流側部
分よりも機関に近い部分と空冷式冷却装置とを連結した
タービン上流側通路を介して機関排気通路と空冷式冷却
装置とが連通される。その結果、燃焼室内に再循環排気
ガスを供給する際に機関の排圧を利用することができ
る。
求再循環排気ガス量が多い時、機関排気通路内の触媒よ
りも下流側部分と空冷式冷却装置とを連結した触媒下流
側通路を介して機関排気通路と空冷式冷却装置とが連通
される、つまり、触媒により浄化された再循環排気ガス
が排気ガス再循環通路内を通される。その結果、排気ガ
ス再循環通路内に多量のデポジットが付着してしまうの
を回避することができる。更に、請求項4及び5に記載
の内燃機関では、要求再循環排気ガス量が少ない時、つ
まり、排気ガス再循環通路内に多量のデポジットが付着
する心配がない時に、機関排気通路内の排気タービン過
給機のタービンよりも上流側部分、即ち、前記下流側部
分よりも機関に近い部分と空冷式冷却装置とを連結した
タービン上流側通路を介して機関排気通路と空冷式冷却
装置とが連通される。その結果、燃焼室内に再循環排気
ガスを供給する際に機関の排圧を利用することができ
る。
【0019】請求項6に記載の発明によれば、前記燃焼
室内に供給される再循環排気ガスの量を絞るための再循
環排気ガス制御弁を備えると共に前記水冷式冷却装置と
前記機関吸気通路とを連結した再循環排気ガス制御弁付
き通路と、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの
量を絞るための再循環排気ガス制御弁を有さないために
前記再循環排気ガス制御弁付き通路よりも再循環排気ガ
スの圧力損失が小さくかつ前記水冷式冷却装置と前記機
関吸気通路とを連結した再循環排気ガス制御弁なし通路
とを具備し、前記機関吸気通路と前記水冷式冷却装置と
を連通させる通路が、要求される再循環排気ガスの量に
応じて前記再循環排気ガス制御弁付き通路又は前記再循
環排気ガス制御弁なし通路に切り換えられる請求項1に
記載の内燃機関が提供される。
室内に供給される再循環排気ガスの量を絞るための再循
環排気ガス制御弁を備えると共に前記水冷式冷却装置と
前記機関吸気通路とを連結した再循環排気ガス制御弁付
き通路と、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの
量を絞るための再循環排気ガス制御弁を有さないために
前記再循環排気ガス制御弁付き通路よりも再循環排気ガ
スの圧力損失が小さくかつ前記水冷式冷却装置と前記機
関吸気通路とを連結した再循環排気ガス制御弁なし通路
とを具備し、前記機関吸気通路と前記水冷式冷却装置と
を連通させる通路が、要求される再循環排気ガスの量に
応じて前記再循環排気ガス制御弁付き通路又は前記再循
環排気ガス制御弁なし通路に切り換えられる請求項1に
記載の内燃機関が提供される。
【0020】請求項7に記載の発明によれば、要求され
る再循環排気ガスの量が多い時、前記再循環排気ガス制
御弁なし通路を介して前記機関吸気通路と前記水冷式冷
却装置とが連通される請求項6に記載の内燃機関が提供
される。
る再循環排気ガスの量が多い時、前記再循環排気ガス制
御弁なし通路を介して前記機関吸気通路と前記水冷式冷
却装置とが連通される請求項6に記載の内燃機関が提供
される。
【0021】請求項6及び7に記載の内燃機関では、要
求再循環排気ガス量が多い時、再循環排気ガス制御弁な
し通路を介して機関吸気通路と水冷式冷却装置とが連通
されるため、再循環排気ガス制御弁付き通路を介して燃
焼室内に再循環排気ガスを供給する場合よりも、再循環
排気ガスの圧力損失が小さくなる。その結果、多量の再
循環排気ガスを容易に供給することができる。
求再循環排気ガス量が多い時、再循環排気ガス制御弁な
し通路を介して機関吸気通路と水冷式冷却装置とが連通
されるため、再循環排気ガス制御弁付き通路を介して燃
焼室内に再循環排気ガスを供給する場合よりも、再循環
排気ガスの圧力損失が小さくなる。その結果、多量の再
循環排気ガスを容易に供給することができる。
【0022】請求項8に記載の発明によれば、前記燃焼
室から排出された未燃炭化水素を酸化するために機関排
気通路内に酸化機能を有する触媒を配置した請求項1に
記載の内燃機関が提供される。
室から排出された未燃炭化水素を酸化するために機関排
気通路内に酸化機能を有する触媒を配置した請求項1に
記載の内燃機関が提供される。
【0023】請求項9に記載の発明によれば、前記触媒
が酸化触媒、三元触媒又はNOx吸収剤の少くとも一つ
からなる請求項8に記載の内燃機関が提供される。
が酸化触媒、三元触媒又はNOx吸収剤の少くとも一つ
からなる請求項8に記載の内燃機関が提供される。
【0024】請求項8及び9に記載の内燃機関では、燃
焼室から排出される未燃炭化水素が機関排気通路内にて
酸化されるため、未燃炭化水素が内燃機関から排出され
るのを阻止することができる。
焼室から排出される未燃炭化水素が機関排気通路内にて
酸化されるため、未燃炭化水素が内燃機関から排出され
るのを阻止することができる。
【0025】請求項10に記載の発明によれば、前記煤
がほとんど発生しない燃焼である第1の燃焼と、煤の発
生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼
室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第2の燃
焼とを選択的に切り換える切換手段を具備し、前記第1
の燃焼から前記第2の燃焼に又は前記第2の燃焼から前
記第1の燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率
をステップ状に変化させるようにした請求項1に記載の
内燃機関が提供される。
がほとんど発生しない燃焼である第1の燃焼と、煤の発
生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼
室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第2の燃
焼とを選択的に切り換える切換手段を具備し、前記第1
の燃焼から前記第2の燃焼に又は前記第2の燃焼から前
記第1の燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率
をステップ状に変化させるようにした請求項1に記載の
内燃機関が提供される。
【0026】請求項10に記載の内燃機関では、第1の
燃焼から第2の燃焼に又は第2の燃焼から第1の燃焼に
切り換えられるときに排気ガス再循環率をステップ状に
変化させることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生
量がピークになる排気ガス再循環率に設定されるのを回
避することができる。
燃焼から第2の燃焼に又は第2の燃焼から第1の燃焼に
切り換えられるときに排気ガス再循環率をステップ状に
変化させることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生
量がピークになる排気ガス再循環率に設定されるのを回
避することができる。
【0027】請求項11に記載の発明によれば、前記第
1の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ
55パーセント以上であり、前記第2の燃焼が行われて
いるときの排気ガス再循環率がほぼ50パーセント以下
である請求項10に記載の内燃機関が提供される。
1の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ
55パーセント以上であり、前記第2の燃焼が行われて
いるときの排気ガス再循環率がほぼ50パーセント以下
である請求項10に記載の内燃機関が提供される。
【0028】請求項11に記載の内燃機関では、第1の
燃焼が行われているときの排気ガス再循環率をほぼ55
パーセント以上にすると共に第2の燃焼が行われている
ときの排気ガス再循環率をほぼ50パーセント以下にす
ることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピー
クになる排気ガス再循環率に設定されるのを回避するこ
とができる。
燃焼が行われているときの排気ガス再循環率をほぼ55
パーセント以上にすると共に第2の燃焼が行われている
ときの排気ガス再循環率をほぼ50パーセント以下にす
ることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピー
クになる排気ガス再循環率に設定されるのを回避するこ
とができる。
【0029】請求項12に記載の発明によれば、機関の
運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負荷側の第2
の運転領域とに分割し、前記第1の運転領域では前記第
1の燃焼を行い、前記第2の運転領域では前記第2の燃
焼を行うようにした請求項10に記載の内燃機関が提供
される。
運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負荷側の第2
の運転領域とに分割し、前記第1の運転領域では前記第
1の燃焼を行い、前記第2の運転領域では前記第2の燃
焼を行うようにした請求項10に記載の内燃機関が提供
される。
【0030】請求項12に記載の内燃機関では、第1の
燃焼を実行し得る時、つまり、燃焼室内における燃焼時
の燃料及びその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低
く維持し得る時が、燃焼による発熱量が比較的少ない機
関中低負荷運転時に限られるという理由から、低負荷側
の第1の運転領域で第1の燃焼を行うと共に高負荷側の
第2の運転領域で第2の燃焼を行う。それゆえ、運転領
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。
燃焼を実行し得る時、つまり、燃焼室内における燃焼時
の燃料及びその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低
く維持し得る時が、燃焼による発熱量が比較的少ない機
関中低負荷運転時に限られるという理由から、低負荷側
の第1の運転領域で第1の燃焼を行うと共に高負荷側の
第2の運転領域で第2の燃焼を行う。それゆえ、運転領
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。
実施形態について説明する。
【0032】図1は本発明を4ストローク圧縮着火式内
燃機関に適用した一実施形態を示している。図1を参照
すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシ
リンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制
御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排
気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対
応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結さ
れ、サージタンク12は吸気ダクト13およびインター
クーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャージ
ャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。コン
プレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエアク
リーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステップ
モータ19により駆動されるスロットル弁20が配置さ
れる。また、スロットル弁20上流の空気吸込管17内
には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検出
器21が配置される。
燃機関に適用した一実施形態を示している。図1を参照
すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシ
リンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制
御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排
気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対
応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結さ
れ、サージタンク12は吸気ダクト13およびインター
クーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャージ
ャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。コン
プレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエアク
リーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステップ
モータ19により駆動されるスロットル弁20が配置さ
れる。また、スロットル弁20上流の空気吸込管17内
には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検出
器21が配置される。
【0033】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
2を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
3の入口部に連結され、排気タービン23の出口部は排
気管24を介して酸化機能を有する触媒25を内蔵した
触媒コンバータ26に連結される。排気マニホルド22
内には空燃比センサ27が配置される。
2を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
3の入口部に連結され、排気タービン23の出口部は排
気管24を介して酸化機能を有する触媒25を内蔵した
触媒コンバータ26に連結される。排気マニホルド22
内には空燃比センサ27が配置される。
【0034】機関排気通路と機関吸気通路とは排気ガス
再循環(以下、EGRと称す)通路29を介して互いに
連結され、EGR通路29内には水冷式EGRクーラ3
2と空冷式EGRクーラ1032とが配置される。機関
排気通路の側から機関吸気通路の側に向かってEGR通
路29内を流れるEGRガスは、まず空冷式EGRクー
ラ1032によってある程度の温度まで冷却され、次い
で水冷式EGRクーラ32によって目標温度まで冷却さ
れる。
再循環(以下、EGRと称す)通路29を介して互いに
連結され、EGR通路29内には水冷式EGRクーラ3
2と空冷式EGRクーラ1032とが配置される。機関
排気通路の側から機関吸気通路の側に向かってEGR通
路29内を流れるEGRガスは、まず空冷式EGRクー
ラ1032によってある程度の温度まで冷却され、次い
で水冷式EGRクーラ32によって目標温度まで冷却さ
れる。
【0035】詳細には、コンプレッサ16の上流側の空
気吸込管17と水冷式EGRクーラ32とは第一通路1
029を介して連結され、機関吸気通路内のコンプレッ
サ16よりも下流側の部分と水冷式EGRクーラ32と
は第二通路2029を介して連結される。第二通路20
29内にはステップモータ30により駆動されるEGR
制御弁31が配置される。また、機関排気通路内のター
ビン23よりも上流側の部分と空冷式EGRクーラ10
32とは第三通路3029を介して連結され、触媒25
の下流側の排気管28と空冷式EGRクーラ1032と
は第四通路4029を介して連結される。第一通路10
29、第二通路2029、第三通路3029及び第四通
路4029の連通・遮断の切換は切換弁60により行わ
れる。第一通路1029内にはEGRガス量を絞るEG
R制御弁が配置されないため、第一通路1029内を流
れるEGRガスの圧力損失は、EGR制御弁31の全開
時に第二通路2029内を流れるEGRガスの圧力損失
よりも小さくなる。図1に示される実施形態では機関冷
却水がEGRクーラ32内に導びかれ、機関冷却水によ
ってEGRガスが冷却される。
気吸込管17と水冷式EGRクーラ32とは第一通路1
029を介して連結され、機関吸気通路内のコンプレッ
サ16よりも下流側の部分と水冷式EGRクーラ32と
は第二通路2029を介して連結される。第二通路20
29内にはステップモータ30により駆動されるEGR
制御弁31が配置される。また、機関排気通路内のター
ビン23よりも上流側の部分と空冷式EGRクーラ10
32とは第三通路3029を介して連結され、触媒25
の下流側の排気管28と空冷式EGRクーラ1032と
は第四通路4029を介して連結される。第一通路10
29、第二通路2029、第三通路3029及び第四通
路4029の連通・遮断の切換は切換弁60により行わ
れる。第一通路1029内にはEGRガス量を絞るEG
R制御弁が配置されないため、第一通路1029内を流
れるEGRガスの圧力損失は、EGR制御弁31の全開
時に第二通路2029内を流れるEGRガスの圧力損失
よりも小さくなる。図1に示される実施形態では機関冷
却水がEGRクーラ32内に導びかれ、機関冷却水によ
ってEGRガスが冷却される。
【0036】一方、燃料噴射弁6は燃料供給管33を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
【0037】電子制御ユニット40はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。質量流量検出器21の出力信号は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力され、空燃比セ
ンサ27および燃料圧センサ36の出力信号も夫々対応
するAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込
み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が
接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力される。また、
入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52
が接続される。機関回転数はクランク角センサ52の朱
津直値に基づいて算出される。一方、出力ポート46は
対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロット
ル弁制御用ステップモータ19、EGR制御弁制御用ス
テップモータ30、燃料ポンプ35及び切換弁60に接
続される。
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。質量流量検出器21の出力信号は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力され、空燃比セ
ンサ27および燃料圧センサ36の出力信号も夫々対応
するAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込
み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が
接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力される。また、
入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52
が接続される。機関回転数はクランク角センサ52の朱
津直値に基づいて算出される。一方、出力ポート46は
対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロット
ル弁制御用ステップモータ19、EGR制御弁制御用ス
テップモータ30、燃料ポンプ35及び切換弁60に接
続される。
【0038】図2は機関低負荷運転時にスロットル弁2
0の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比
A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、HC,CO,NOxの排出量の
変化を示す実験例を表している。図2からわかるように
この実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率
が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときに
はEGR率は65パーセント以上となっている。
0の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比
A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、HC,CO,NOxの排出量の
変化を示す実験例を表している。図2からわかるように
この実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率
が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときに
はEGR率は65パーセント以上となっている。
【0039】図2に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
Oxの発生量がかなり低くなる。一方、このときHC,
COの発生量は増大し始める。
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
Oxの発生量がかなり低くなる。一方、このときHC,
COの発生量は増大し始める。
【0040】図3(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図3(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図3(A)と図3(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図3(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図3
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図3(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図3(A)と図3(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図3(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図3
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【0041】図2および図3に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2
に示されるようにNOxの発生量がかなり低下する。N
Oxの発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図3からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図3(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2
に示されるようにNOxの発生量がかなり低下する。N
Oxの発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図3からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図3(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【0042】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図2に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図4に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図4に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図2に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
がほぼ零になると図2に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図4に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図4に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図2に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
【0043】図2および図3に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
【0044】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOxの発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOxの発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOxの発生量が低下する。このときNOxの発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
xの発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOxの発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOxの発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOxの発生量が低下する。このときNOxの発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
xの発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
【0045】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
【0046】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
【0047】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【0048】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
【0049】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
【0050】図5は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図5において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図5において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
【0051】図5の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
【0052】一方、図5の曲線Bで示されるようにEG
Rガスを少し冷却した場合にはEGR率が50パーセン
トよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、
この場合にはEGR率をほぼ65パーセント以上にすれ
ば煤がほとんど発生しなくなる。
Rガスを少し冷却した場合にはEGR率が50パーセン
トよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、
この場合にはEGR率をほぼ65パーセント以上にすれ
ば煤がほとんど発生しなくなる。
【0053】また、図5の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
【0054】なお、図5は機関負荷が比較的高いときの
スモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなる
と煤の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤
がほとんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下す
る。このように煤がほとんど発生しなくなるEGR率の
下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化す
る。
スモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなる
と煤の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤
がほとんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下す
る。このように煤がほとんど発生しなくなるEGR率の
下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化す
る。
【0055】図6は不活性ガスとしてEGRガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図6において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図6において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。
【0056】図6を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図6に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図6においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施形態では
70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入さ
れた全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸
入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図
6に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス
温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯く
して煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx
発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従って
NOxの発生量は極めて少量となる。
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図6に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図6においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施形態では
70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入さ
れた全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸
入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図
6に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス
温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯く
して煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx
発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従って
NOxの発生量は極めて少量となる。
【0057】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図6に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図6に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
【0058】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図6において要求負荷がLo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がLo より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図6において要求負荷がLo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がLo より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
【0059】ところが図1に示されるようにEGR通路
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がLo よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。要求負荷がLo よりも大き
い領域でEGR率を55パーセント以上にする際にはE
GR制御弁31が全開せしめられる、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がLo よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。要求負荷がLo よりも大き
い領域でEGR率を55パーセント以上にする際にはE
GR制御弁31が全開せしめられる、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。
【0060】前述したように図6は燃料を理論空燃比の
もとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図6に示
される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッチに
しても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.
m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図
6に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃比の平
均値を17から18のリーンにしても煤の発生を阻止し
つつNOxの発生量を10p.p.m 前後又はそれ以下にす
ることができる。
もとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図6に示
される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッチに
しても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.
m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図
6に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃比の平
均値を17から18のリーンにしても煤の発生を阻止し
つつNOxの発生量を10p.p.m 前後又はそれ以下にす
ることができる。
【0061】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOxも極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOxも極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
【0062】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、NOxの発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、NOxの発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【0063】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で
停止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で
停止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。
【0064】図7は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第2の運転領域IIとを示してい
る。なお、図7において縦軸Lはアクセルペダル50の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回
転数を示している。また、図7においてX(N)は第1
の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を示し
ており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域
IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域Iから
第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の境界
X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから第1
の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界Y
(N)に基づいて行われる。
る第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第2の運転領域IIとを示してい
る。なお、図7において縦軸Lはアクセルペダル50の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回
転数を示している。また、図7においてX(N)は第1
の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を示し
ており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域
IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域Iから
第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の境界
X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから第1
の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界Y
(N)に基づいて行われる。
【0065】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると
運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが
機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低
くなると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると
運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが
機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低
くなると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
【0066】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即ち
第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければた
だちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理由
は第1の運転領域Iと第2の運転領域II間の運転領域の
変化に対してヒステリシスを設けるためである。
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即ち
第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければた
だちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理由
は第1の運転領域Iと第2の運転領域II間の運転領域の
変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【0067】ところで機関の運転領域が第1の運転領域
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒25により良好に酸化せしめられる。
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒25により良好に酸化せしめられる。
【0068】触媒25としては酸化触媒、三元触媒、又
はNOx吸収剤を用いることができる。NOx吸収剤は
燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOx
を吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチにな
るとNOxを放出する機能を有する。
はNOx吸収剤を用いることができる。NOx吸収剤は
燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOx
を吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチにな
るとNOxを放出する機能を有する。
【0069】このNOx吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金
属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土
類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金
属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土
類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
【0070】酸化触媒はもとより、三元触媒およびNO
x吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOx吸収剤を触媒25として用いるこ
とができる。
x吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOx吸収剤を触媒25として用いるこ
とができる。
【0071】図8は空燃比センサ27の出力を示してい
る。図8に示されるように空燃比センサ27の出力電流
Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比セン
サ27の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
る。図8に示されるように空燃比センサ27の出力電流
Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比セン
サ27の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
【0072】次に図9を参照しつつ第1の運転領域Iお
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。
【0073】図9は要求負荷Lに対するスロットル弁2
0の開度、EGR制御弁31の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図9に示され
るように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロッ
トル弁20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめられ、E
GR制御弁31の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて
全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、
図9に示される例では第1の運転領域IではEGR率が
ほぼ70パーセントとされており、空燃比はわずかばか
りリーンなリーン空燃比とされている。
0の開度、EGR制御弁31の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図9に示され
るように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロッ
トル弁20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめられ、E
GR制御弁31の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて
全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、
図9に示される例では第1の運転領域IではEGR率が
ほぼ70パーセントとされており、空燃比はわずかばか
りリーンなリーン空燃比とされている。
【0074】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁20の
開度およびEGR制御弁31の開度が制御される。ま
た、第1の運転領域Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴
射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷
Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴
射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁20の
開度およびEGR制御弁31の開度が制御される。ま
た、第1の運転領域Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴
射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷
Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴
射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。
【0075】なお、アイドル運転時にはスロットル弁2
0は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁31
も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁20を
全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧力が
低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さ
くなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるために
機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドル運転時
には機関本体1の振動を抑制するためにスロットル弁2
0が全閉近くまで閉弁せしめられる。
0は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁31
も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁20を
全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧力が
低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さ
くなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるために
機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドル運転時
には機関本体1の振動を抑制するためにスロットル弁2
0が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【0076】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図9に示す例ではEGR率がほぼ
70パーセントから40パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR
率範囲(図5)を飛び越えるので機関の運転領域が第1
の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図9に示す例ではEGR率がほぼ
70パーセントから40パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR
率範囲(図5)を飛び越えるので機関の運転領域が第1
の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
【0077】第2の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この第2の運転領域IIではスロット
ル弁20は一部を除いて全開状態に保持され、EGR制
御弁31の開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さく
される。また、この運転領域IIではEGR率は要求負荷
Lが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Lが高く
なるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Lが高
くなってもリーン空燃比とされる。また、第2の運転領
域IIでは噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とさ
れる。
る燃焼が行われる。この第2の運転領域IIではスロット
ル弁20は一部を除いて全開状態に保持され、EGR制
御弁31の開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さく
される。また、この運転領域IIではEGR率は要求負荷
Lが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Lが高く
なるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Lが高
くなってもリーン空燃比とされる。また、第2の運転領
域IIでは噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とさ
れる。
【0078】図10(A)は第1の運転領域Iにおける
目標空燃比A/Fを示している。図10(A)におい
て、A/F=15.5,A/F=16,A/F=17,
A/F=18で示される各曲線は夫々目標空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図10
(A)に示されるように第1の運転領域Iでは空燃比が
リーンとなっており、更に第1の運転領域Iでは要求負
荷Lが低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンとされ
る。
目標空燃比A/Fを示している。図10(A)におい
て、A/F=15.5,A/F=16,A/F=17,
A/F=18で示される各曲線は夫々目標空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図10
(A)に示されるように第1の運転領域Iでは空燃比が
リーンとなっており、更に第1の運転領域Iでは要求負
荷Lが低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンとされ
る。
【0079】即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少くなる。従って要求負荷Lが低くなるほど
EGR率を低下させても低温燃焼を行うことができる。
EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図
10(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつ
れて目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比A/
Fが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる
限り空燃比をリーンにするために本発明による実施形態
では要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃比A/Fが
大きくされる。
る発熱量が少くなる。従って要求負荷Lが低くなるほど
EGR率を低下させても低温燃焼を行うことができる。
EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図
10(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつ
れて目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比A/
Fが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる
限り空燃比をリーンにするために本発明による実施形態
では要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃比A/Fが
大きくされる。
【0080】なお、図10(A)に示される目標空燃比
A/Fは図10(B)に示されるように要求負荷Lおよ
び機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM4
2内に記憶されている。また、空燃比を図10(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁2
0の目標開度STが図11(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM42内に記憶されており、空燃比を図10
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁31の目標開度SEが図11(B)に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
A/Fは図10(B)に示されるように要求負荷Lおよ
び機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM4
2内に記憶されている。また、空燃比を図10(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁2
0の目標開度STが図11(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM42内に記憶されており、空燃比を図10
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁31の目標開度SEが図11(B)に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
【0081】図12(A)は第2の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比A
/Fを示している。なお、図12(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図12(A)に示される目標空燃比A
/Fは図12(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42
内に記憶されている。また、空燃比を図12(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁20
の目標開度STが図13(A)に示されるように要求負
荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM42内に記憶されており、空燃比を図12(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
31の目標開度SEが図13(B)に示されるように要
求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で
予めROM42内に記憶されている。
焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比A
/Fを示している。なお、図12(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図12(A)に示される目標空燃比A
/Fは図12(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42
内に記憶されている。また、空燃比を図12(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁20
の目標開度STが図13(A)に示されるように要求負
荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM42内に記憶されており、空燃比を図12(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
31の目標開度SEが図13(B)に示されるように要
求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で
予めROM42内に記憶されている。
【0082】また、第2の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図14に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図14に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
【0083】次に図15を参照しつつ運転制御について
説明する。図15を参照すると、まず初めにステップ1
00において機関の運転状態が第1の運転領域Iである
ことを示すフラグIがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグIがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第1の運転領域Iであるときにはステップ10
1に進んで要求負荷Lが第1の境界X(N)よりも大き
くなったか否かが判別される。L≦X(N)のときには
ステップ105に進んで低温燃焼が行われる。
説明する。図15を参照すると、まず初めにステップ1
00において機関の運転状態が第1の運転領域Iである
ことを示すフラグIがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグIがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第1の運転領域Iであるときにはステップ10
1に進んで要求負荷Lが第1の境界X(N)よりも大き
くなったか否かが判別される。L≦X(N)のときには
ステップ105に進んで低温燃焼が行われる。
【0084】ステップ101においてL>X(N)にな
ったと判別されたときにはステップ102に進んでフラ
グIがリセットされ、次いでステップ119に進んで第
2の燃焼が行われる。
ったと判別されたときにはステップ102に進んでフラ
グIがリセットされ、次いでステップ119に進んで第
2の燃焼が行われる。
【0085】ステップ100において機関の運転状態が
第1の運転領域Iであることを示すフラグIがセットさ
れていない、つまり、機関の運転状態が第2の運転領域
IIであると判断されると、ステップ103に進んで要求
負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否かが
判別される。L≧Y(N)のときにはステップ119に
進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
第1の運転領域Iであることを示すフラグIがセットさ
れていない、つまり、機関の運転状態が第2の運転領域
IIであると判断されると、ステップ103に進んで要求
負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否かが
判別される。L≧Y(N)のときにはステップ119に
進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
【0086】一方、ステップ103においてL<Y
(N)になったと判別されたときにはステップ104に
進んでフラグIがセットされ、次いでステップ105に
進んで低温燃焼が行われる。
(N)になったと判別されたときにはステップ104に
進んでフラグIがセットされ、次いでステップ105に
進んで低温燃焼が行われる。
【0087】ステップ105では図11(A)に示すマ
ップからスロットル弁20の目標開度STが算出され、
スロットル弁20の開度がこの目標開度STとされる。
次いでステップ106では図11(B)に示すマップか
らEGR制御弁31の目標開度SEが算出される。次い
でステップ107では目標開度SEが全開SEmaxで
あるか否かが判別される。YESの時には要求EGR量
が多いと判断し、大量のEGRガスを容易に供給するた
めに、ステップ108においてEGRガスの圧力損失の
小さい第一通路1029を連通すると共に、ステップ1
09においてEGRガスの圧力損失の大きい第二通路2
029を遮断する。次いでEGR通路29内に大量のデ
ポジットが付着するのを回避するために、ステップ11
0において第三通路3029を遮断すると共に、ステッ
プ111において第四通路4029を連通する。
ップからスロットル弁20の目標開度STが算出され、
スロットル弁20の開度がこの目標開度STとされる。
次いでステップ106では図11(B)に示すマップか
らEGR制御弁31の目標開度SEが算出される。次い
でステップ107では目標開度SEが全開SEmaxで
あるか否かが判別される。YESの時には要求EGR量
が多いと判断し、大量のEGRガスを容易に供給するた
めに、ステップ108においてEGRガスの圧力損失の
小さい第一通路1029を連通すると共に、ステップ1
09においてEGRガスの圧力損失の大きい第二通路2
029を遮断する。次いでEGR通路29内に大量のデ
ポジットが付着するのを回避するために、ステップ11
0において第三通路3029を遮断すると共に、ステッ
プ111において第四通路4029を連通する。
【0088】一方、ステップ107においてNOと判別
した時には、要求EGR量が少なくEGR量を微妙に調
節する必要があると判断し、正確な量のEGRガスを容
易に供給するために、ステップ112においてEGR制
御弁のない第一通路1029を遮断すると共に、EGR
制御弁31を有する第二通路2029を連通する。次い
で機関の排圧を利用してEGRガスを供給するために、
ステップ114において第三通路3029を連通すると
共に、ステップ115において第四通路4029を遮断
する。
した時には、要求EGR量が少なくEGR量を微妙に調
節する必要があると判断し、正確な量のEGRガスを容
易に供給するために、ステップ112においてEGR制
御弁のない第一通路1029を遮断すると共に、EGR
制御弁31を有する第二通路2029を連通する。次い
で機関の排圧を利用してEGRガスを供給するために、
ステップ114において第三通路3029を連通すると
共に、ステップ115において第四通路4029を遮断
する。
【0089】次いでステップ116では質量流量検出器
21により検出された吸入空気の質量流量(以下、単に
吸入空気量と称す)Gaが取込まれ、次いでステップ1
17では図10(B)に示すマップから目標空燃比A/
Fが算出される。次いでステップ118では吸入空気量
Gaと目標空燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空燃比
A/Fとするのに必要な燃料噴射量Qが算出される。
21により検出された吸入空気の質量流量(以下、単に
吸入空気量と称す)Gaが取込まれ、次いでステップ1
17では図10(B)に示すマップから目標空燃比A/
Fが算出される。次いでステップ118では吸入空気量
Gaと目標空燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空燃比
A/Fとするのに必要な燃料噴射量Qが算出される。
【0090】このように低温燃焼が行われているときに
は要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロットル
弁20の開度およびEGR制御弁31の開度がただちに
要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度ST,
SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Lが増
大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が増大せ
しめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せ
しめられる。
は要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロットル
弁20の開度およびEGR制御弁31の開度がただちに
要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度ST,
SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Lが増
大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が増大せ
しめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せ
しめられる。
【0091】一方、スロットル弁20の開度又はEGR
制御弁31の開度が変化して吸入空気量が変化するとこ
の吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器21により検
出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃料
噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際に
変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることにな
る。
制御弁31の開度が変化して吸入空気量が変化するとこ
の吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器21により検
出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃料
噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際に
変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることにな
る。
【0092】ステップ119では図14に示されるマッ
プから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量がこの
目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ120では
図13(A)に示すマップからスロットル弁20の目標
開度STが算出される。次いでステップ121では図1
3(B)に示すマップからEGR制御弁31の目標開度
SEが算出され、EGR制御弁31の開度がこの目標開
度SEとされる。
プから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量がこの
目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ120では
図13(A)に示すマップからスロットル弁20の目標
開度STが算出される。次いでステップ121では図1
3(B)に示すマップからEGR制御弁31の目標開度
SEが算出され、EGR制御弁31の開度がこの目標開
度SEとされる。
【0093】次いでステップ122では質量流量検出器
21により検出された吸入空気量Gaが取込まれる。次
いでステップ123では燃料噴射量Qと吸入空気量Ga
から実際の空燃比(A/F)R が算出される。次いでス
テップ124では図12(B)に示すマップから目標空
燃比A/Fが算出される。次いでステップ125では実
際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fよりも大き
いか否かが判別される。(A/F)R >A/Fのときに
はステップ126に進んでスロットル開度の補正値ΔS
Tが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ12
8へ進む。これに対して(A/F)R ≦A/Fのときに
はステップ127に進んで補正値ΔSTが一定値αだけ
増大せしめられ、次いでステップ128に進む。ステッ
プ128ではスロットル弁20の目標開度STに補正値
ΔSTを加算することにより最終的な目標開度STが算
出され、スロットル弁20の開度がこの最終的な目標開
度STとされる。即ち、実際の空燃比(A/F)R が目
標空燃比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が
制御される。
21により検出された吸入空気量Gaが取込まれる。次
いでステップ123では燃料噴射量Qと吸入空気量Ga
から実際の空燃比(A/F)R が算出される。次いでス
テップ124では図12(B)に示すマップから目標空
燃比A/Fが算出される。次いでステップ125では実
際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fよりも大き
いか否かが判別される。(A/F)R >A/Fのときに
はステップ126に進んでスロットル開度の補正値ΔS
Tが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ12
8へ進む。これに対して(A/F)R ≦A/Fのときに
はステップ127に進んで補正値ΔSTが一定値αだけ
増大せしめられ、次いでステップ128に進む。ステッ
プ128ではスロットル弁20の目標開度STに補正値
ΔSTを加算することにより最終的な目標開度STが算
出され、スロットル弁20の開度がこの最終的な目標開
度STとされる。即ち、実際の空燃比(A/F)R が目
標空燃比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が
制御される。
【0094】このように第2の燃焼が行われているとき
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。
【0095】一方、燃料噴射量Qが増大せしめられて空
燃比が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃
比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。
燃比が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃
比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。
【0096】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
【0097】上述したように本実施形態によれば、ステ
ップ105からステップ118において、煤の発生量が
ピークとなるEGRガス量よりも燃焼室5内に供給され
るEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼
を行うため、煤及びNOxの排出を同時に阻止すること
ができる。更に、水冷式EGRクーラ32だけでなく空
冷式EGRクーラ1032をEGR通路29内に配置し
たため、水冷式EGRクーラ32の容量をあまり大きく
できない場合であっても、EGRガスを所望の温度まで
冷却することができ、それゆえ、低温燃焼を実行可能な
機関運転領域を拡大することができる。その上、EGR
ガスをまず空冷式EGRクーラ1032により冷却し、
次いで外気温の変動にかかわらず冷却水温が比較的安定
している水冷式EGRクーラ32により冷却するため、
安定した温度のEGRガスを燃焼室5内に供給すること
ができる。
ップ105からステップ118において、煤の発生量が
ピークとなるEGRガス量よりも燃焼室5内に供給され
るEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼
を行うため、煤及びNOxの排出を同時に阻止すること
ができる。更に、水冷式EGRクーラ32だけでなく空
冷式EGRクーラ1032をEGR通路29内に配置し
たため、水冷式EGRクーラ32の容量をあまり大きく
できない場合であっても、EGRガスを所望の温度まで
冷却することができ、それゆえ、低温燃焼を実行可能な
機関運転領域を拡大することができる。その上、EGR
ガスをまず空冷式EGRクーラ1032により冷却し、
次いで外気温の変動にかかわらず冷却水温が比較的安定
している水冷式EGRクーラ32により冷却するため、
安定した温度のEGRガスを燃焼室5内に供給すること
ができる。
【0098】更に本実施形態によれば、ステップ107
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ108においてコンプレッサ16の上流側の空気吸
込管17と水冷式EGRクーラ32とを連結した第一通
路1029を介して機関吸気通路と水冷式EGRクーラ
32とが連通されるため、機関吸気通路内に導入された
EGRガスがコンプレッサ16により加圧される。それ
ゆえ、コンプレッサにより加圧されない場合よりも多量
のEGRガスを燃焼室5内に供給することができる。
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ108においてコンプレッサ16の上流側の空気吸
込管17と水冷式EGRクーラ32とを連結した第一通
路1029を介して機関吸気通路と水冷式EGRクーラ
32とが連通されるため、機関吸気通路内に導入された
EGRガスがコンプレッサ16により加圧される。それ
ゆえ、コンプレッサにより加圧されない場合よりも多量
のEGRガスを燃焼室5内に供給することができる。
【0099】更に本実施形態によれば、ステップ107
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ111において触媒25の下流側の排気管28と空
冷式EGRクーラ1032とを連結した第四通路402
9を介して機関排気通路と空冷式EGRクーラ1032
とが連通される、つまり、触媒25により浄化されたE
GRガスがEGR通路29内を通される。その結果、E
GR通路29内に多量のデポジットが付着してしまうの
を回避することができる。更に、ステップ107におい
て要求EGRガス量が少ないと判断した時、EGR通路
29内に多量のデポジットが付着する心配がない時に、
ステップ114においてタービン23よりも上流側の部
分、即ち、触媒25の下流側の部分よりも機関本体1に
近い部分と空冷式EGRクーラ1032とを連結した第
三通路3029を介して機関排気通路と空冷式EGRク
ーラ1032とが連通される。その結果、燃焼室5内に
EGRガスを供給する際に機関の排圧を利用することが
できる。
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ111において触媒25の下流側の排気管28と空
冷式EGRクーラ1032とを連結した第四通路402
9を介して機関排気通路と空冷式EGRクーラ1032
とが連通される、つまり、触媒25により浄化されたE
GRガスがEGR通路29内を通される。その結果、E
GR通路29内に多量のデポジットが付着してしまうの
を回避することができる。更に、ステップ107におい
て要求EGRガス量が少ないと判断した時、EGR通路
29内に多量のデポジットが付着する心配がない時に、
ステップ114においてタービン23よりも上流側の部
分、即ち、触媒25の下流側の部分よりも機関本体1に
近い部分と空冷式EGRクーラ1032とを連結した第
三通路3029を介して機関排気通路と空冷式EGRク
ーラ1032とが連通される。その結果、燃焼室5内に
EGRガスを供給する際に機関の排圧を利用することが
できる。
【0100】更に本実施形態によれば、ステップ107
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ108においてEGR制御弁のない第一通路102
9を介して機関吸気通路と水冷式EGRクーラ32とが
連通されるため、EGR制御弁31を有する第二通路2
029を介して燃焼室5内にEGRガスを供給する場合
よりも、EGRガスの圧力損失が小さくなる。その結
果、多量のEGRガスを容易に供給することができる。
において要求EGRガス量が多いと判断した時に、ステ
ップ108においてEGR制御弁のない第一通路102
9を介して機関吸気通路と水冷式EGRクーラ32とが
連通されるため、EGR制御弁31を有する第二通路2
029を介して燃焼室5内にEGRガスを供給する場合
よりも、EGRガスの圧力損失が小さくなる。その結
果、多量のEGRガスを容易に供給することができる。
【0101】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、内燃機
関から煤(スモーク)が排出されること及びNOxが排
出されることを同時に阻止しつつ、水冷式冷却装置の容
量をあまり大きくできない場合であっても再循環排気ガ
スを所望の温度まで冷却することができ、更に、安定し
た温度の再循環排気ガスを燃焼室内に供給することがで
きる。
関から煤(スモーク)が排出されること及びNOxが排
出されることを同時に阻止しつつ、水冷式冷却装置の容
量をあまり大きくできない場合であっても再循環排気ガ
スを所望の温度まで冷却することができ、更に、安定し
た温度の再循環排気ガスを燃焼室内に供給することがで
きる。
【0102】請求項2及び3に記載の発明によれば、機
関吸気通路内に導入された再循環排気ガスをコンプレッ
サで加圧することにより、コンプレッサにより加圧され
ない場合よりも、多量の再循環排気ガスを燃焼室内に供
給することができる。
関吸気通路内に導入された再循環排気ガスをコンプレッ
サで加圧することにより、コンプレッサにより加圧され
ない場合よりも、多量の再循環排気ガスを燃焼室内に供
給することができる。
【0103】請求項4及び5に記載の発明によれば、排
気ガス再循環通路内に多量のデポジットが付着してしま
うのを回避すると共に、燃焼室内に再循環排気ガスを供
給する際に機関の排圧を利用することができる。
気ガス再循環通路内に多量のデポジットが付着してしま
うのを回避すると共に、燃焼室内に再循環排気ガスを供
給する際に機関の排圧を利用することができる。
【0104】請求項6及び7に記載の発明によれば、再
循環排気ガスの圧力損失を小さくすることにより、多量
の再循環排気ガスを容易に供給することができる。
循環排気ガスの圧力損失を小さくすることにより、多量
の再循環排気ガスを容易に供給することができる。
【0105】請求項8及び9に記載の発明によれば、未
燃炭化水素が内燃機関から排出されるのを阻止すること
ができる。
燃炭化水素が内燃機関から排出されるのを阻止すること
ができる。
【0106】請求項10及び11に記載の発明によれ
ば、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピークになる排
気ガス再循環率に設定されるのを回避することができ
る。
ば、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピークになる排
気ガス再循環率に設定されるのを回避することができ
る。
【0107】請求項12に記載の発明によれば、運転領
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。
【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図2】スモークおよびNOxの発生量等を示す図であ
る。
る。
【図3】燃焼圧を示す図である。
【図4】燃料分子を示す図である。
【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
である。
【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
る。
【図7】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを示
す図である。
す図である。
【図8】空燃比センサの出力を示す図である。
【図9】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図10】第1の運転領域Iにおける空燃比等を示す図
である。
である。
【図11】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
である。
【図12】第2の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。
る。
【図13】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
である。
【図14】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図15】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
である。
【図16】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
である。
5…燃焼室 15…排気ターボチャージャ 29…EGR通路 31…EGR制御弁 32…水冷式EGRクーラ 60…切換弁 1032…空冷式EGRクーラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 F01N 3/02 L 301 301K 301E 3/08 3/08 A 3/24 3/24 S T F02B 37/00 302 F02B 37/00 302F Fターム(参考) 3G005 DA02 EA14 EA16 FA35 FA51 GB15 GB17 HA12 3G062 AA01 AA05 BA02 BA05 BA06 CA06 ED03 ED08 ED11 FA09 FA10 GA04 GA05 GA06 GA15 GA21 3G090 AA06 EA05 EA06 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB03 AB06 BA17 BA19 BA36 CB02 CB07 CB08 EA00 EA01 EA02 EA05 EA07 EA30 EA34 FB10 FB11 FB12 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HB05 HB06
Claims (12)
- 【請求項1】 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、
前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大し
ていくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前
記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大
していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほ
とんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量が
ピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に
供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生
しない燃焼を実行可能であり、機関排気通路と前記機関
吸気通路とを連結する排気ガス再循環通路内に空冷式冷
却装置と水冷式冷却装置とを配置すると共に、前記排気
ガス再循環排気通路内を流れる再循環排気ガスをまず前
記空冷式冷却装置により冷却し、次いで前記水冷式冷却
装置により冷却するようにした内燃機関。 - 【請求項2】 排気タービン過給機を具備し、前記機関
吸気通路内の前記排気タービン過給機のコンプレッサよ
りも上流側部分と前記水冷式冷却装置とを連結したコン
プレッサ上流側通路と、前記機関吸気通路内の前記排気
タービン過給機のコンプレッサよりも下流側部分と前記
水冷式冷却装置とを連結したコンプレッサ下流側通路と
を具備し、前記機関吸気通路と前記水冷式冷却装置とを
連通させる通路が、要求される再循環排気ガスの量に応
じて前記コンプレッサ上流側通路又は前記コンプレッサ
下流側通路に切り換えられる請求項1に記載の内燃機
関。 - 【請求項3】 要求される再循環排気ガスの量が多い
時、前記コンプレッサ上流側通路を介して前記機関吸気
通路と前記水冷式冷却装置とが連通される請求項2に記
載の内燃機関。 - 【請求項4】 排気タービン過給機と、前記燃焼室から
排出された未燃炭化水素を酸化するために前記機関排気
通路内の前記排気タービン過給機のタービンの下流側に
配置された酸化機能を有する触媒とを具備し、前記機関
排気通路内の前記排気タービン過給機のタービンよりも
上流側部分と前記空冷式冷却装置とを連結したタービン
上流側通路と、前記機関排気通路内の前記触媒よりも下
流側部分と前記空冷式冷却装置とを連結した触媒下流側
通路とを具備し、前記機関排気通路と前記空冷式冷却装
置とを連通させる通路が、要求される再循環排気ガスの
量に応じて前記タービン上流側通路又は前記触媒下流側
通路に切り換えられる請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項5】 要求される再循環排気ガスの量が多い
時、前記触媒下流側通路を介して前記機関排気通路と前
記空冷式冷却装置とが連通される請求項4に記載の内燃
機関。 - 【請求項6】 前記燃焼室内に供給される再循環排気ガ
スの量を絞るための再循環排気ガス制御弁を備えると共
に前記水冷式冷却装置と前記機関吸気通路とを連結した
再循環排気ガス制御弁付き通路と、前記燃焼室内に供給
される再循環排気ガスの量を絞るための再循環排気ガス
制御弁を有さないために前記再循環排気ガス制御弁付き
通路よりも再循環排気ガスの圧力損失が小さくかつ前記
水冷式冷却装置と前記機関吸気通路とを連結した再循環
排気ガス制御弁なし通路とを具備し、前記機関吸気通路
と前記水冷式冷却装置とを連通させる通路が、要求され
る再循環排気ガスの量に応じて前記再循環排気ガス制御
弁付き通路又は前記再循環排気ガス制御弁なし通路に切
り換えられる請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項7】 要求される再循環排気ガスの量が多い
時、前記再循環排気ガス制御弁なし通路を介して前記機
関吸気通路と前記水冷式冷却装置とが連通される請求項
6に記載の内燃機関。 - 【請求項8】 前記燃焼室から排出された未燃炭化水素
を酸化するために機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置した請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項9】 前記触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO
x吸収剤の少くとも一つからなる請求項8に記載の内燃
機関。 - 【請求項10】 前記煤がほとんど発生しない燃焼であ
る第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気
ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガ
スの量が少ない第2の燃焼とを選択的に切り換える切換
手段を具備し、前記第1の燃焼から前記第2の燃焼に又
は前記第2の燃焼から前記第1の燃焼に切り換えられる
ときに排気ガス再循環率をステップ状に変化させるよう
にした請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項11】 前記第1の燃焼が行われているときの
排気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、前
記第2の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率が
ほぼ50パーセント以下である請求項10に記載の内燃
機関。 - 【請求項12】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運
転領域と高負荷側の第2の運転領域とに分割し、前記第
1の運転領域では前記第1の燃焼を行い、前記第2の運
転領域では前記第2の燃焼を行うようにした請求項10
に記載の内燃機関。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30848398A JP3539238B2 (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | 内燃機関 |
US09/330,100 US6152118A (en) | 1998-06-22 | 1999-06-11 | Internal combustion engine |
EP99111890A EP0967373B1 (en) | 1998-06-22 | 1999-06-21 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30848398A JP3539238B2 (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | 内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000130270A true JP2000130270A (ja) | 2000-05-09 |
JP3539238B2 JP3539238B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=17981568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30848398A Expired - Fee Related JP3539238B2 (ja) | 1998-06-22 | 1998-10-29 | 内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3539238B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1420159A2 (en) * | 2002-11-15 | 2004-05-19 | Isuzu Motors Limited | EGR system for internal combustion engine provided with a turbo-charger |
EP1937958A1 (en) * | 2005-09-20 | 2008-07-02 | Scania CV AB (publ) | Arrangement for recirculation of exhaust gases of a supercharged internal combustion engine |
JP2008232142A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-10-02 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | クールドegrシステム及び該システム用熱交換器 |
EP1883749A4 (en) * | 2005-05-18 | 2014-09-03 | Scania Cv Abp | DEVICE FOR THE RECIRCULATION OF EXHAUST GAS OF A SUPERIOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
JP2016061171A (ja) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | マツダ株式会社 | エンジンの制御装置 |
JP2019044745A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-22 | いすゞ自動車株式会社 | Egrシステム |
CN111878265A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-11-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种egr冷却*** |
WO2023142832A1 (zh) * | 2022-01-26 | 2023-08-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种天然气发动机高低压egr废气管理*** |
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---|---|---|---|---|
JP2007040141A (ja) | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Toyota Motor Corp | Egrクーラシステム |
-
1998
- 1998-10-29 JP JP30848398A patent/JP3539238B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1420159A2 (en) * | 2002-11-15 | 2004-05-19 | Isuzu Motors Limited | EGR system for internal combustion engine provided with a turbo-charger |
EP1420159A3 (en) * | 2002-11-15 | 2006-05-17 | Isuzu Motors Limited | EGR system for internal combustion engine provided with a turbo-charger |
EP1883749A4 (en) * | 2005-05-18 | 2014-09-03 | Scania Cv Abp | DEVICE FOR THE RECIRCULATION OF EXHAUST GAS OF A SUPERIOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
EP1937958A1 (en) * | 2005-09-20 | 2008-07-02 | Scania CV AB (publ) | Arrangement for recirculation of exhaust gases of a supercharged internal combustion engine |
EP1937958A4 (en) * | 2005-09-20 | 2011-03-09 | Scania Cv Abp | EXHAUST GAS RECIRCULATION ARRANGEMENT IN A SUPERCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
JP2008232142A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-10-02 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | クールドegrシステム及び該システム用熱交換器 |
JP2016061171A (ja) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | マツダ株式会社 | エンジンの制御装置 |
JP2019044745A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-22 | いすゞ自動車株式会社 | Egrシステム |
CN111878265A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-11-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种egr冷却*** |
WO2023142832A1 (zh) * | 2022-01-26 | 2023-08-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种天然气发动机高低压egr废气管理*** |
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